حسگر زیستی خودتوان آلودگی آب را تشخیص می‌دهد

به گزارش خبرگزاری مهر، تخلیه پساب‌های آلی و مواد زائد زیست تخریب‌پذیر به آب‌های شیرین یک نگرانی زیست محیطی مهم است که بر سلامت و پایداری اکوسیستم آبی تأثیر می‌گذارد. با این حال، روش‌های موجود در حال حاضر برای بازرسی کیفیت آب پیچیده و پرهزینه هستند.

در این راستا، محققان دانشگاه ریتسومیکان ژاپن، اخیرا یک حسگر زیستی خودتوان (Self-Power)، ارزان و شناور برای نظارت بر کیفیت آب در ورودی دریاچه‌ها و رودخانه‌های آب شیرین ساخته‌اند. نتایج مربوط به این ابزار پایش خود توان در نشریه Biochemical Engineering Journal به چاپ رسیده است.

پروفسور کوزو تاگوچی از دانشکده علوم و مهندسی، دپارتمان مهندسی برق و الکترونیک دانشگاه ریتسومیکان که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، می‌گوید: «ما یک حسگر زیستی شناور مستقل بر اساس پیل سوختی میکروبی (MFC) برای تشخیص زودهنگام فاضلاب آلی ایجاد کردیم. این جعبه MFC توسط یک چاپگر سه بعدی ساخته شده و الکترودها از مواد کم‌هزینه مبتنی بر کربن ساخته شده‌ است.

MFCها با کمک باکتری‌های الکتروژنی الکتریسیته تولید می‌کنند. این میکروارگانیسم‌ها در نتیجه متابولیسم بیولوژیکی خود جریان الکتریکی تولید می‌کنند. مقدار الکتریسیته تولید شده توسط MFC متناسب با غلظت زباله‌های آلی است که توسط میکروارگانیسم‌های الکتروژنی مصرف می‌شود. بنابراین، این ویژگی برای طراحی حسگرهای زیستی پسماند آلی که توسط MFCها تغذیه می‌شوند، استفاده می‌شود.

این تیم تحقیقات ژاپنی با استفاده از مواد ارزان قیمت مبتنی بر کربن، یک حسگر زیستی خودکار مبتنی بر MFC شناور (FMFC) را برای ردیابی مداوم سطح آلودگی آلی در دریاچه‌ها و رودخانه‌ها توسعه دادند. برای این منظور، این تیم آند (الکترودی که در آن اکسیداسیون اتفاق می‌افتد و الکترون‌ها خارج می‌شوند) FMFC را با خاک حاوی باکتری‌های الکتروژنی پر کردند.

باکتری‌های آندی متعاقباً مواد آلی موجود در آب را تجزیه کردند و انرژی شیمیایی ذخیره شده را به الکتریسیته تبدیل کردند. سپس خروجی الکتریکی به‌عنوان معیاری برای اندازه‌گیری زباله‌های آلی موجود در آب آلوده استفاده شد.

اگرچه محققان جوامع باکتریایی موجود در نمونه خاک را مشخص نکردند، اما به طور منطقی فرض کردند که میکروارگانیسم‌هایی از جنس‌های Geobacter، Shewanella و Pseudomonas در فعالیت الکتریکی نقش دارند. مطالعات قبلی نشان می دهد که خاک‌های شالیزاری به طور طبیعی حاوی باکتری‌های الکتروژنی متعلق به این جنس‌ها هستند.

سپس، آنها یک دیود ساطع‌کننده نور (LED) را به مجموعه حسگر زیستی شناور اضافه کردند. این LED قادر به مهار الکتریسیته تولید شده توسط باکتری‌های الکتروژن بوده و سطح آلودگی آلی در نمونه‌های آب مورد بررسی را به صورت بصری نشان می‌داد. زمانی که آلودگی از سطح آستانه ۶۰ میلی گرم در لیتر فراتر برود، لامپ شروع به چشمک‌زدن می‌کند.